Relações de dispersão em plasma limitado, morno e magnetizado

Orientador: Paulo Hiroshi SakanakaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb WataghinResumo: O objetivo da tese é aplicar a teoria de plasmas mornos, [1, 2], ao problema de Trivelpiece e Gould, [3, 4], sendo que agora, além de se incluir a temperatura eletrônica, não vai se restringir ao estudo ao caso de ondas lentas. Se estuda então a propagação de uma onda eletromagnética em um guia de onda preenchida por um plasma morno e onde se considera também a presença de um campo magnético externo e constante aplicado ao longo do eixo da guia. A guia de onda que limita o plasma é considerada como sendo um condutor perfeito de seção reta circular. Além das equações gerais para o plasma e para a onda eletromagnéticas são apresentadas as condições de contorno adequadas. [2, 5]. É obtido o tensor dielétrico para o plasma morno, que deixa de ser uma matriz comum como no caso de plasmas frios e fica agora formalmente como um operador, sendo então uma matriz cujos elementos são derivadas especiais que vão atuar nas componentes do campo elétrico. Com a aplicação das condições de contorno são obtidas as relações de dispersão em várias situações distintas que incluem: 1- plasma preenchendo completamente a guia e plasma preenchendo parcialmente a guia (caso em que há vácuo entre o plasma e a guia). 2- temperatura nula (plasma frio) ou temperatura finita qualquer. 3- campo magnético externo nulo, ou de intensidade tendendo a infinito ou de valor finito qualquer. 4- plasma limitado ou plasma ilimitado (limite em que w/k << c). Além disto as relações que dispersão incluem os casos em que a apresentação não apresenta simetria azimutal. No caso de campo magnético infinito são obtidos os modos de propagação transverso elétrico (TE) e transverso magnético (TM). Quando o campo magnético é finito e não nulo, se obtém a rotação de Faraday e além disto se mostra que as ondas não mais podem ser separadas em ondas TE e TM, e que apenas os modos híbridos podem se propagar (no caso em que a perturbação é sem simetria azimutal)Abstract: The aim of this thesis is to apply the warm plasma theory, [1,2], to the Trivelpiece and Gould problem, [3,4], but now, besides the inclusion of the electron temperature, the study will not be restricted to the slow wave cases. The propagation of an electromagnetic wave i a warm plasma-filled waveguide is studied and the presence of constant external magnetic field applied along the guide axis is also considered. The waveguide that limits the plasma is considered to be a perfect conductor of circular cross-section. Besides the plasma and electromagnetic wave equations, the suitable boundary conditions, [2,5], are presented. The warm plasma dielectric tensor is obtained, which is not the usual matrix as in the cold plasma case but it is an operator. This operator is a matrix whose elements are spatial derivatives that will operate on the electric field components. With the applications of the boundary conditions the dispersion relations are obtained in several distinct situations that include: 1- plasma filling completely the guide and plasma partially filling the guide (case in which there is vacuum between the plasma and the guide). 2- null temperature (could plasma) and any finite temperature. 3-null external magnetic field, or with intensity tending to infinite or of finite value. 4- bonded or unbonded plasma (guide radius tending to infinite). 5- fast waves and slow waves (limit in which w/k << c). Moreover the dispersion relations obtained include the cases in which the perturbations is not azimuthally symmetric. In the case of infinite magnetic field the transverse electric (TE) and transverse magnetic (TM) modes of propagation are obtained. When the magnetic field is finite and not null, the Faraday rotation is obtained and it is shown that the waves can not be separated into TE and TM, and that only hybrid modes can propagates (in the case in which the perturbation has no azimuthal symmetry)DoutoradoFísicaDoutor em Ciência